(57)【要約】【課題】  高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制できると共に、熱衝撃による端子電極の剥がれを防止することが可能な電子部品及び電子機器を提供すること。【解決手段】  一対の端子電極１１，１３は、第１の電極層１１ａ，１３ａ、第２の電極層１１ｂ，１３ｂ、及び、第３の電極層１１ｃ，１３ｃをそれぞれ有している。第１の電極層１１ａ，１３ａは、コンデンサ素体３の外表面に形成されており、且つ導電性ペーストの焼付により形成されている。第２の電極層１１ｂ，１３ｂは、第１の電極層１１ａ，１３ａ上にＮｉめっきにより形成されている。第３の電極層１１ｃ，１３ｃは、第２の電極層１１ｂ，１３ｂ上にＳｎめっきにより形成されている。第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みは、５μｍ以上８μｍ未満に設定されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素体と、当該素体に形成された端子電極と、を備える電子部品であって、
前記端子電極が、
前記素体の外表面に形成されており、且つ導電性ペーストの焼付により形成された第１の電極層と、
前記第１の電極層上にＮｉめっきにより形成された第２の電極層と、
前記第２の電極層上にＳｎめっきあるいはＳｎ合金めっきにより形成された第３の電極層と、を有しており、
前記第２の電極層の厚みが、５μｍ以上８μｍ未満に設定されていることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品と、
配線パターンが形成された基板と、を備えており、
前記電子部品の前記端子電極と前記基板に形成された前記配線パターンとが、Ｚｎを含む鉛フリーはんだを用いて電気的及び機械的に接合されていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電子部品として、素体と当該素体に形成された端子電極とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載された電子部品は積層セラミックコンデンサであって、端子電極が、素体の外表面に形成されており、且つ導電性ペーストの焼付により形成された第１の電極層と、第１の電極層上にＮｉめっきにより形成された第２の電極層と、第２の電極層上にＳｎめっきあるいはＳｎ合金めっきにより形成された第３の電極層とを有している。
【特許文献１】特開２００２−２０３７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制できると共に、熱衝撃による端子電極の剥がれを防止することが可能な電子部品及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
近年、環境保護の要請から、電子部品をはんだ付けにより基板に実装する場合、鉛を含有しないはんだ、いわゆる鉛フリーはんだが使用されるようになっている。この鉛フリーはんだは、Ｓｎを主成分としたもが主流であり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系及びＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系のはんだが使用されているが、最近になり、はんだ付け性（はんだ濡れ性）及びはんだ付け強度等に優れたＳｎ−Ｚｎ系のはんだが多く採用されるようになっている。
【０００５】
そこで、本発明者等が、Ｚｎを含む鉛フリーはんだを使用して基板に実装した電子部品の各種特性を実験調査したところ、高温高湿環境下において絶縁抵抗が大きく劣化してしまうという事実を新たに判明した。
【０００６】
本発明者等は、積層セラミックコンデンサがＳｎ−Ｚｎ−Ａｌ系のはんだにより基板に実装された電子機器を作製し、当該電子機器に対して加速試験を行った。加速試験の対象とした積層セラミックコンデンサは、２０１２タイプ（長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍ及び高さ１．０ｍｍ）の積層セラミックコンデンサであって、特許文献１に記載された積層セラミックコンデンサと同じく、端子電極が、Ｃｕを含む導電性ペーストの焼付により形成された第１の電極層と、第１の電極層上にＮｉめっきにより形成された第２の電極層と、第２の電極層上にＳｎめっきにより形成された第３の電極層とを有している。
【０００７】
加速試験では、電子機器（積層セラミックコンデンサ）に、恒温恒湿環境（温度：１２１℃、相対湿度：９５％、圧力：２気圧）中で４．０ＶのＤＣ電圧を４０時間連続して印加した。加速試験前の積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗が１×１０８Ωであったのに対し、加速試験から所定時間（２時間以上）経過した後の積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗が１×１０６Ωであり、絶縁抵抗の劣化が生じていた。なお、加速試験の対象とした積層セラミックコンデンサのＢ特性は、１０μＦである。
【０００８】
本発明者等が、加速試験により絶縁抵抗の劣化が生じた積層セラミックコンデンサを解析したところ、鉛フリーはんだに含まれているＺｎ原子が第２の電極層と第３の電極層との境界領域に存在しているという事実が確認された。この事実から推測すると、鉛フリーはんだに含まれているＺｎ原子が何らかの要因により積層セラミックコンデンサの素体内に移動して、絶縁抵抗を劣化させていると考えられる。したがって、鉛フリーはんだに含まれているＺｎ原子の素体内への移動を抑制することができれば、絶縁抵抗劣化の防止も可能であると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明者等は、高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制し得る電子部品についても鋭意研究を行った。その結果、本発明者等は、第２の電極層の厚みを厚くすることにより、高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制できるという新たな事実を見出すに至った。すなわち、第２の電極層の厚みを大きくすることにより、鉛フリーはんだに含まれているＺｎ原子が素体内に移動するのが抑制されると考えられる。
【００１０】
ところで、第２の電極層はＮｉめっきにより形成されている。このため、第２の電極層の厚みを大きくしたのでは、第２の電極層の応力が大きくなり、第２の電極層に熱衝撃が加わった場合、第２の電極層（端子電極）に剥がれが生じてしまう懼れがある。
【００１１】
かかる事実を踏まえ、本発明に係る電子部品は、素体と、当該素体に形成された端子電極と、を備える電子部品であって、端子電極が、素体の外表面に形成されており、且つ導電性ペーストの焼付により形成された第１の電極層と、第１の電極層上にＮｉめっきにより形成された第２の電極層と、第２の電極層上にＳｎめっきあるいはＳｎ合金めっきにより形成された第３の電極層と、を有しており、第２の電極層の厚みが、５μｍ以上８μｍ未満に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る電子部品では、第２の電極層の厚みが５μｍ以上に設定されているので、高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制できる。また、第２の電極層の厚みが８μｍ未満に設定されているので、熱衝撃による端子電極の剥がれを防止することができる。
【００１３】
本発明に係る電子機器は、上記電子部品と、配線パターンが形成された基板と、を備えており、電子部品の端子電極と基板に形成された配線パターンとが、Ｚｎを含む鉛フリーはんだを用いて電気的及び機械的に接合されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る電子機器では、電子部品の第２の電極層の厚みが５μｍ以上に設定されているので、高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制できる。また、電子部品の第２の電極層の厚みが８μｍ未満に設定されるので、熱衝撃による端子電極の剥がれを防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制できると共に、熱衝撃による端子電極の剥がれを防止することが可能な電子部品及び電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。本実施形態は、本発明を積層セラミックコンデンサに適用した例である。
【００１７】
図１及び図２を参照して、本実施形態に係る電子機器ＥＤの構成を説明する。図１は、本実施形態に係る電子機器の構成を示す模式図である。図２は、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面構成を示す模式図である。
【００１８】
電子機器ＥＤは、図１に示されるように、電子部品としての積層セラミックコンデンサ１と、配線パターンＷＰが形成された基板Ｂとを備えている。積層セラミックコンデンサ１は、直方体形状のコンデンサ素体３と、一対の端子電極１１，１３とを備えている。積層セラミックコンデンサ１は、２０１２タイプ（長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍ及び高さ１．０ｍｍ）の積層セラミックコンデンサである。
【００１９】
積層セラミックコンデンサ１は、一対の端子電極１１，１３を配線パターンＷＰにはんだ付けすることにより、一対の端子電極１１，１３と配線パターンＷＰとが電気的及び機械的に接合された状態で基板Ｂに実装されている。このとき、各端子電極１１，１３と配線パターンＷＰとにわたって、はんだフィレットＳＦが形成される。はんだ付けに用いるはんだは、Ｚｎを含む鉛フリーはんだが用いられている。本実施形態では、Ｓｎ−Ｚｎ系のはんだ、特にＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系のはんだが用いられている。Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系のはんだの換わりに、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系のはんだを用いてもよい。
【００２０】
はんだ付けは、予め基板Ｂ上の配線パターンＷＰに塗布しておいたはんだペースト上に積層セラミックコンデンサ１を載せた後に、電子機器ＥＤ全体をはんだ溶融温度以上に加熱してはんだを溶融させて固定する、いわゆるリフローにより行うことができる。
【００２１】
コンデンサ素体３は、図２に示されるように、誘電体層２１を介在させて第１の内部電極２３と第２の内部電極２５とが交互に積層されることにより構成される。実際の積層セラミックコンデンサ１は、誘電体層２１の間の境界が視認できない程度に一体化されている。本実施形態においては、第１の内部電極２３、第２の内部電極２５及び誘電体層２１により構成されるコンデンサが内部回路要素となる。
【００２２】
一対の端子電極１１，１３は、コンデンサ素体３の外表面に形成されている。詳細に説明すると、一方の端子電極１１は、コンデンサ素体３の端面のうち、コンデンサ素体３の厚さ方向（第１の内部電極２３と第２の内部電極２５との積層方向）に延在し且つ互いに対向する一対の端面のうち一方の端面に、当該端面の全領域を覆うように形成されている。  他方の端子電極１３は、コンデンサ素体３の端面のうち、コンデンサ素体３の厚さ方向に延在し且つ互いに対向する一対の端面のうち他方の端面に、当該端面の全領域を覆うように形成されている。
【００２３】
第１の内部電極２３は、長方形状を呈している。第１の内部電極２３は、上記他方の端面とは所定の間隔を有した位置に形成され、上記一方の端面に臨むように伸びている。これにより、第１の内部電極２３は、一方の端面に引き出されることとなり、一方の端子電極１１に電気的に接続される。
【００２４】
第２の内部電極２５は、長方形状を呈している。第２の内部電極２５は、上記一方の端面とは所定の間隔を有した位置に形成され、上記他方の端面に臨むように伸びている。これにより、第２の内部電極２５は、他方の端面に引き出されることとなり、他方の端子電極１３に電気的に接続される。
【００２５】
誘電体層２１は、ＢａＴｉＯ３を主成分とする層であり、ＢａＴｉＯ３を含むセラミックグリーンシートを焼成して形成される。第１及び第２の内部電極２３，２５は、Ｎｉを主成分として含む電極層である。第１及び第２の内部電極２３，２５は、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ、ＣｕあるいはＣｕ合金を主成分として含む電極層であってもよい。
【００２６】
一対の端子電極１１，１３は、第１の電極層１１ａ，１３ａ、第２の電極層１１ｂ，１３ｂ、及び、第３の電極層１１ｃ，１３ｃをそれぞれ有している。
【００２７】
第１の電極層１１ａ，１３ａは、コンデンサ素体３の外表面に形成されており、且つ導電性ペーストの焼付により形成されている。第１の電極層１１ａ，１３ａの厚みは５〜２００μｍであり、本実施形態においては、９μｍ程度に設定されている。また、本実施形態においては、導電性ペーストとして、Ｃｕを主成分とする金属粉末にガラスフリット及び有機ビヒクルを混合したものが用いられている。金属粉末は、Ｎｉ、Ａｇ−ＰｄあるいはＡｇを主成分とするものであってもよい。
【００２８】
第２の電極層１１ｂ，１３ｂは、第１の電極層１１ａ，１３ａ上にＮｉめっきにより形成されている。第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みは、５μｍ以上８μｍ未満に設定されている。Ｎｉめっきは、Ｎｉめっき浴（例えば、ワット浴）を用いたバレルめっき法にて行うことができる。
【００２９】
第３の電極層１１ｃ，１３ｃは、第２の電極層１１ｂ，１３ｂ上にＳｎめっきにより形成されている。本実施形態においては、第３の電極層１１ｃ，１３ｃの厚みは、３μｍ程度に設定されている。Ｓｎめっきは、Ｓｎめっき浴（例えば、中性Ｓｎめっき浴）を用いたバレルめっき法にて行うことができる。第３の電極層１１ｃ，１３ｃは、Ｓｎ合金めっきにより形成してもよい。
【００３０】
ここで、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みと、積層セラミックコンデンサ１の絶縁抵抗劣化と耐熱衝撃性との関係について、詳細に説明する。
【００３１】
本発明者等は、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みと、絶縁抵抗ＩＲとの関係を明らかにするために、以下のような実験をおこなった。すなわち、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが異なる積層セラミックコンデンサのサンプルを６個（サンプル１〜６）準備して、各サンプル１〜６をはんだ付け（リフロー）により基板に実装した状態で加速試験を行い、各サンプル１〜６の加速試験前後における絶縁抵抗ＩＲをそれぞれ測定した。その測定結果を、図３の表に示す。本実験では、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みは、めっき時間を調整することにより異ならせている。
【００３２】
加速試験では、恒温恒湿環境（温度：１２１℃、相対湿度：９５％、圧力：２気圧）中で、各サンプル１〜６に４．０ＶのＤＣ電圧を４０時間連続して印加した。加速試験後の絶縁抵抗は、加速試験から所定時間（２時間以上）経過した後に測定した値とした。第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが異なる点を除いては、各サンプル１〜６とも上述した実施形態の積層セラミックコンデンサ１と同じ構成であり、Ｂ特性が１０μＦとなるように設計されている。はんだ付けに用いたＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系のはんだの組成は、Ｓｎ：８９ｗｔ％、Ｚｎ：８ｗｔ％、Ｂｉ：３ｗｔ％とした。リフローは、リフロー炉を用いて行い、炉内雰囲気温度を２３０〜２５０℃に設定し、炉通過時間を４〜６分に設定した。
【００３３】
図３に示される測定結果から、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みを大きくするほど、絶縁抵抗劣化の発生が抑制されていることがわかる。第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが４μｍであるサンプル２は、加速試験後の絶縁抵抗ＩＲが９．５×１０７Ωであり、加速試験前の絶縁抵抗ＩＲである１．３×１０８Ωよりも著しく小さくなっている。これに対して、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが５μｍであるサンプル３は、加速試験後の絶縁抵抗ＩＲが１．２×１０８Ωであり、加速試験前の絶縁抵抗ＩＲである１．３×１０８Ωと殆ど変化していない。したがって、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みの下限は、５μｍとなる。
【００３４】
次に、本発明者等は、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みと、耐熱衝撃性との関係を明らかにするために、以下のような実験をおこなった。すなわち、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが異なる積層セラミックコンデンサのサンプルを６個（サンプル７〜１２）準備して、各サンプル７〜１２をはんだ付け（リフロー）により基板に実装した状態で熱衝撃試験を行い、各サンプル７〜１２の熱衝撃試験後にて端子電極１１，１３における剥がれの発生の有無について確認した。その確認結果を、図４の表に示す。第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが異なる点を除いては、各サンプル７〜１２とも上述した実施形態の積層セラミックコンデンサ１と同じ構成であり、Ｂ特性が１０μＦとなるように設計されている。はんだ付けに用いたＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系のはんだの組成、及び、リフロー条件は、上記加速試験に用いたものと同じとした。本実験でも、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みは、めっき時間を調整することにより異ならせている。
【００３５】
熱衝撃試験では、基板に実装した各サンプル７〜１２に対して下記（ｉ）工程〜（ｉｖ）工程からなる１つの熱処理サイクルを１０００回繰り返した。すなわち、１つの熱処理サイクルは、（ｉ）基板及び各サンプル７〜１２を、コンデンサ素体の温度が−５５℃となる温度条件のもとで３０分保持する工程、（ｉｉ）上記保持時間の１０％の時間（３分）以内にコンデンサ素体の温度を１２５℃まで昇温する工程、（ｉｉｉ）コンデンサ素体の温度が１２５℃となる温度条件のもとで３０分保持する工程、（ｉｖ）上記保持時間の１０％の時間（３分）以内にコンデンサ素体の温度を−５５℃まで降温する工程とからなる。
【００３６】
図４に示される測定結果から、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みを小さくすることにより、耐熱衝撃性に優れていることがわかる。第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが８μｍであるサンプル１２は、熱衝撃試験後において端子電極１１，１３に剥がれの発生が確認された。これに対して、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが７μｍ以下であるサンプル７〜１１は、熱衝撃試験後においても端子電極１１，１３に剥がれの発生が確認されなかった。したがって、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みの上限は、８μｍ未満となる。
【００３７】
以上のように、本実施形態においては、Ｎｉめっきにより形成された第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが５μｍ以上に設定されているので、高温高湿環境下における絶縁抵抗劣化の発生を抑制できる。また、第２の電極層１１ｂ，１３ｂの厚みが８μｍ未満に設定されているので、熱衝撃による端子電極１１，１３の剥がれを防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、誘電体層２１、第１の内部電極２３及び第１の内部電極２５の層数は、図示された数に限られるものではない。また、積層セラミックコンデンサ１は、上述した２０１２タイプに限られることなく、２０１２タイプよりも大きい積層セラミックコンデンサであってもよく、２０１２タイプよりも小さい積層セラミックコンデンサであってもよい。
【００３９】
本発明は、積層セラミックコンデンサに限られることなく、素体と、当該素体に形成された端子電極と、を備える電子部品であれば、コンデンサ、サーミスタ、バリスタ、これらを含む複合電子部品に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係る電子機器の構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面構成を示す模式図である。
【図３】加速試験前後における絶縁抵抗の測定結果を示す図表である。
【図４】熱衝撃試験の結果を示す図表である。
【符号の説明】
【００４１】
１…積層セラミックコンデンサ、３…コンデンサ素体、１１，１３…端子電極、１１ａ，１３ａ…第１の電極層、１１ｂ，１３ｂ…第２の電極層、１１ｃ，１３ｃ…第３の電極層、２１…誘電体層、２３…第１の内部電極、２５…第２の内部電極、Ｂ…基板、ＥＤ…電子機器、ＷＰ…配線パターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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